운주사는 전남 화순군 도암면 대초리에 위치하고 있으 며 사적 제312호로 지정되어 있다. 운주사 경내에는 마애 여래좌상(시도유형문화재 제275호) 뿐만 아니라 원형다층 석탑(보물 제798호), 구층석탑(보물 제796호) 석조불감(보 물 제797호), 와불, 다양한 석불 등이 산재하고 있다 (Figure 1). 이 중 마애여래좌상은 운주사 석불군 가운데 유일한 마애불로서 광배(光背)와 대좌(臺座)를 포함한 높 이는 약 5.16 m로 자연암반에 조각되어 있다(Figure 1A). 대부분의 마애여래좌상은 자연환경에 직접적으로 노출되 어 있어 자연적 및 인위적인 요인에 취약하며, 암반의 불연 속면의 분포 및 형태 등과 함께 훼손되는 사례가 많다. 이 러한 암반 구조불의 안정성을 확보하고 장기적인 보존을 위해서는 암반의 풍화를 일으키는 메커니즘 규명과 함께 (Kang et al., 2011) 계속적인 모니터링이 필요하다. 또한 보존처리와 복원을 수행하기 위해서는 마애불을 구성하고 있는 암석의 풍화특성을 잘 이해하고, 이에 대한 정확한 원 인을 찾아 분석하는 것이 중요하다(Kang et al., 2013).

운주사 주변 일대에는 응회암이 넓게 분포하고 있으며, 운주사 경내에 있는 석조문화재들 역시 대부분 운주사 일 대에 분포하는 응회암으로 구성되어 있다. 이러한 응회암 으로 구성하고 있는 석조문화재 중 원형다층석탑 및 석조 불감, 광배석불 등의 재질 및 풍화 특성에 대한 많은 선행 연구가 진행된 바 있다(Park, 2008; Park et al., 2009; 2012; Kang et al., 2013). 또한 국립문화재연구소에서 운 주사 석조문화재의 재질 특성 및 손상 메커니즘, 보존처리 제 적용성 연구 등을 위해 마애불을 비롯하여 주변 암반의 과학적 조사 연구를 수행한 바 있다(National Research Institute of Cultural Heritage, 2009). 본 연구는 전남 화순 운주사 경내에 자연 환경하에 노출되어 있는 마애여래좌 상에 대하여 손상도 평가를 하고자 하였다. 이를 위해 마애 여래좌상의 구성 암석에 대하여 재질분석을 실시하고, 풍 화 훼손 상태 및 요인에 대해 살펴보았으며, 2009년과 2015년에 각각 초음파 속도를 측정하여 비교 분석 하였다. 이러한 동일 석조문화재를 대상으로 수 년의 시간 차이를 두고 초음파 속도를 측정하고, 모니터링 한 연구 사례가 드 물다. 향후 초음파 속도를 이용한 석조문화재의 손상도 평 가에 있어 기초자료로 활용되고자 한다.

이 연구에서는 마애여래좌상에 대한 풍화훼손상태 및 사이트환경을 살펴보았으며, 구성암석에 대한 암석학적 특징을 파악하기 위해 마애여래좌상이 새겨진 암반에서 탈락된 암석 시료를 수습하여 분석에 이용하였다. 우선 마 애여래좌상의 대자율 분포를 살펴보기 위해 광배부터 좌 대에 이르기까지 전체적으로 전암대자율을 측정하였다. 측정 기기는 ZH Instruments사의 SM-30 모델을 이용하였 으며 대자율 단위는 10^-3 SI Unit이다. 구성암석의 광물조 성 및 풍화에 의한 변질광물의 생성 등을 관찰하기 위해 편 광현미경을 이용하였다. 또한 구성광물이 미세 입자이거 나, 변질이 심할 경우 오류를 범하지 않기 위해 Panalytical 사의 X’Pert PRO를 이용하여 X-선회절분석을 실시하였 다. 마애여래좌상의 구성암석은 역을 포함하고 있어 X-선 회절 분석에 사용한 시료는 1 kg 정도의 암석을 파쇄한 후 이 중 100 g을 분리하여 미세 분쇄하였으며, 최종 X선 회 절 분석용으로 10 g을 아게이트 용기에 넣어 200 메쉬 정 도의 분말로 분쇄 하여 시료로 사용하였다. 이 때 타겟으로 사용된 X-선은 CuKα(1.5406 Å)이며, 가속전압 및 전류 는 각각 40 kv와 30 mA이다. 마애여래좌상이 새겨진 암반 의 물성을 평가하기 위해 초음파 속도를 측정하였으며, 각 측정값은 도면에 투영하여 전체적인 풍화도를 분석하였다. 이를 측정 시기에 따른 풍화도를 비교하기 위해 2009년 측 정 자료와 비교하였다. 사용된 초음파 측정기는 Proceq사 의 Pundit Lab이다.

마애여래좌상의 전체 형상은 선각(線刻)에 가까울 정도 로 얕게 부조하였으며 옷 주름과 대좌의 연꽃무늬 등 세부 표현은 가늘게 음각(陰刻)하였다. 그러나 마애여래좌상이 새겨진 암반은 다양한 훼손 요인에 의해 복합적으로 훼손 되어 있으며, 변색 및 지의류 등에 의해 피복되어 있어 전 체적인 형상를 알아 볼 수 없는 실정에 이르고 있다(Figure 2). 이에 3D스캔을 실시하여 불상의 의습선을 보다 명확히 확인하여 마애여래좌상의 특징을 살펴보았다(Conservation Institute of Buddhist Temple Cultural Heritage, 2012). 3D스캔 결과를 살펴보면, 얼굴은 계란형으로 길고 둥글며 위쪽으로 육계가 표현되어 있다. 눈과 입은 보이지 않는데 이는 애초에 생략된 것으로 보인다. 코는 기다란 이등변 삼 각형 형태로 크게 양각되었으며, 콧부리가 육계 바로 아래 에서 시작해 이마와 머리가 없는 비현실적인 모습이다. 귀 는 크고 길쭉하며 귓바퀴가 뚜렷하다. 목은 상당히 길고 두 터우며 평행한 3조의 선으로 삼도(三道)를 선각하였다 (Figure 3A). 신체표현은 어깨가 당당한 편이며, 허리가 매 우 길다. 그러나 결가부좌(結跏趺坐)한 무릎의 폭이 넓어 당당한 어깨와 함께 전체적으로 안정된 비례감을 지니고 있다. 수인(手印)은 양손을 ‘∧’형으로 가슴 앞에 모아 왼 손이 오른손을 감싸 쥐고 있으며, 옷소매에 덮어져 있는 모 습이다(Go, 2007). 불의(佛衣)는 편단우견(偏袒右肩)으로 왼쪽 어깨와 오른쪽 소맷자락, 하반신에만 평행한 선으로 주름을 표현하였다(Figure 3B). 이러한 ‘∧’형 수인, 즉 지 권인과 편단우견의 조합은 불국사 금동비로자나불좌상, 괴산 각연사 석조비로자나불좌상, 밀양 천황사 석조비로 자나불좌상, 한천사 철조여래좌상 등 9세기 통일신라불상 에서 확인되는바 운주사 마애여래좌상의 도상적 연원을 9 세기 통일신라 불상에서 찾아볼 수 있다(Joo, 2016). 또한 가부좌를 한 다리는 중앙부분의 마모가 심해 발의 위치는 확인되지 않으나 오른발을 왼 다리위에 올린 길상좌(吉祥 坐)로 추정된다(Figure 3C). 마애여래좌상의 상호 표현, 수 인 및 옷 주름 형식 등은 운주사 경내에 분포하는 다른 불 상과 유사하여 다른 독립된 석불들과 마찬가지로 동일시 기에 동일 작가군에 의해 조성된 것으로 추정된다. 그러나 마애여래좌상이 새겨진 위치, 규모, 광배와 대좌를 모두 갖 추고 있는 점 등은 마애여래좌상이 운주사에서 큰 비중을 차지하고 있었음을 짐작케 하며, 운주사 불상군의 성격과 양식을 연구하는데 있어 중요한 자료라고 할 수 있다.

운주사 마애여래좌상 및 암반은 지질학적으로 층리가 잘 발달하고 있으며, 구성 암석은 연녹색의 안산암질 응회 각력암으로써 다양한 크기의 역들이 존재하고 있다(Figure 7A, 7B). 마애여래좌상이 새겨진 암반에서 떨어진 파편을 수습하여 암석의 광물 조성, 조직 및 풍화에 의한 변질 광 물 등을 알아보기 위해 편광현미경 관찰 및 X-선 회절 분 석을 실시하였다.

편광현미경 하에서, 구성광물은 석영과 사장석, 정장석, 그리고 드물게 흑운모 등이 관찰되었다. 유리질의 장석과 석영이 용결구조를 잘 보여주며 일부 장석은 풍화되어 견 운모화 되어 있다. 또한 석영과 장석의 반정이 드물게 들어 있으며 침상 결정들이 산재해 있다. 이러한 특징은 응회각 력암의 특징을 잘 반영하고 있다(Figure 7C, 7D). X-선 회 절 분석 결과, 대부분 석영과 장석으로 동정되어 편광현미 경 분석 결과와 유사함을 알 수 있다(Figure 7E).

마애여래좌상이 새겨진 암반의 높이는 약 5.16 m에 이 르기 때문에 암석의 자기적 특성을 이용하여 동일 퇴적층 으로 구성되어 있는지 확인하였으며, 운주사 경내에 분포 하는 석조문화재의 구성 암석과 비교하여 동질성을 확인 하였다. 전암대자율 측정은 대자율 측정기를 이용하였으 며, 마애여래좌상을 포함한 암반 전면에 대하여 상부(상부 에서 얼굴까지), 중부(몸체), 하부(좌대이하)로 나누어 광 배에서 좌대에 이르기까지 전체적으로 측정하였다. 전암 대자율은 물질이 자화될 수 있는 정도를 나타내는 지수로 서 자화강도와 자기장의 비이며, 동일 마그마에서 생성된 암석은 유사한 값의 분포를 보여 육안으로 판단하기 힘든 시료를 구분하는데 용이하다. 이러한 특성을 이용하여 최 근까지 석조문화재에 사용된 부재의 원산지 해석 연구에 유용하게 활용되었다(Jwa et al., 2000; Cho and Jwa, 2005; Jwa et al., 2006; Lee et al., 2012a; Chun et al., 2013). 마 애여래좌상 및 암반에 대한 전암 대자율 측정 결과, 0.049~ 0.310(×10^-3 SI unit)의 값의 분포를 보인다. 상부는 0.069~ 0.310(×10^-3 SI unit), 중부는 0.050~0.159(×10^-3 SI unit), 하 부는 0.049~0.253(×10^-3 SI unit)로서 유사한 값의 분포를 보여 동일 마그마로부터 생성된 암석으로 이는 단일 퇴적 층임을 지시한다(Figure 8A). 이를 운주사 경내에 분포하 는 석조문화재 9기를 대상으로 전암 대자율을 측정한 후 비교하였다. 다층석탑은 0.048~0.315(×10^-3 SI unit), 원형 다층석탑은 0.158~0.336(×10^-3 SI unit), 석조불감은 0.124~ 0.250(×10^-3 SI unit), 석조불감 앞 칠층석탑은 0.112~ 0.214(×10^-3 SI unit), 수직문칠층석탑은 0.119~0.259 (×10^-3 SI unit), 쌍교차문칠층석탑은 0.154~0.374(×10^-3 SI unit), 칠층석탑은 0.172~0.338(×10^-3 SI unit), 구층석탑은 0.119~0.280 (×10^-3 SI unit), 원반형다층석탑은 0.156~0.275(×10^-3 SI unit) 로 측정 되었다(Figure 8B). 운주사 경내에 분포하는 석조 문화재 역시 대부분 응회암으로 조성되어 있으며, 전암대 자율 측정 결과 역시 마애여래좌상이 새겨진 암반과 유사 한 값의 분포를 보인다. 이는 운주사 경내에 분포하는 석조 문화재는 운주사 경내 주변 암석으로 조성되었음을 의미 한다.

마애여래좌상은 현재 아무런 보호시설 없이 오랜 시간 동안 자연환경에 그대로 노출되어 왔기 때문에 대부분의 석조문화재와 마찬가지로 물리적 풍화가 발생하고 있다. 마애여래좌상이 새겨진 암반은 전체적으로 일정한 방향으 로 층리가 잘 발달하고 있으며(Figure 9A), 암편이 빠져나 간 공동(Figure 9B), 균열 및 탈락 등의 물리적 풍화가 중 복적으로 나타난다(Figure 9C). 마애여래좌상 전면에 발생 한 균열 및 이격은 우기에 수분의 이동과 온도 변화가 반복 됨에 따라 물리적 훼손 양상이 가중될 것이라 판단된다. 공 동은 응회암의 포함되어 있던 암편이 빠져나간 흔적으로 기질과 암편 사이의 구성광물이 풍화 되어 약화됨을 의미 한다. 또한 마애여래좌상에는 수분과 조암광물의 반응에 의한 광물학적 변색이 전면에서 관찰되며 특히 마애여래 좌상이 새겨진 암반에는 다양한 형태의 지의류가 분포하 고 있으며, 고착지의류, 엽상지의류, 분말 형태의 지의류가 대부분을 차지하고 있다. 그 외에도 선태류에 해당하는 이 끼 및 초본식물이 식생하고 있다(Figure 9D~9I). 이러한 훼손 유형을 바탕으로 풍화훼손지도를 작성해 본 결과, 마 애여래좌상이 새겨진 암반은 전체적으로 훼손 되어 있으 며, 다양한 훼손 요인에 의해 복합적으로 훼손되어 마애불 의 형체를 알아 볼 수 없는 실정에 이르고 있다(Figure 9J).

화순 운주사 마애여래좌상은 다양한 훼손요인에 의해 복합적으로 훼손되어 있으며, 이러한 풍화 양상은 마애불 의 풍화작용을 촉진하는 요인이며, 이는 결국 암석의 물리 적 성질을 약화시켜 암반에 새겨진 불상의 형태를 알아볼 수 없는 결과를 초래할 것으로 판단된다. 따라서 마애여래 좌상을 구성하고 있는 암반의 물성을 정량적으로 평가하 기 위해 암반의 전면에 걸쳐 초음파 속도를 측정하였으며, 이를 과거(2009년) 초음파 속도 측정 자료와 비교하였다. 초음파 속도 측정 방법은 최근 석조문화재의 풍화 훼손 상 태를 정량적으로 평가하는데 활용되고 있으며, 측정온도, 장비운영자에 따른 초음파 속도의 차이는 대부분 오차 범 위 내에 있으며 풍화도 산정에 큰 영향을 미치지 않는 것으 로 보고 된 바 있다(Lee et al., 2012b). 그러나 마애여래좌 상과 같이 요철이 심하고, 절리 및 균열이 발달하고 있는 암반에서는 측정 위치에 따라 초음파 속도의 변화가 발생 할 것이며, 이는 결국 암석의 풍화등급을 설정하는데 오류 를 범할 가능성이 높다. 초음파 속도 측정 방법은 2009년 과 동일하게 적용하였으며, 초음파 방출 및 수신을 위해 54 kHz 트랜스듀서를 사용하였으며, 측정 거리는 20 cm로 고 정하였다. 또한 마애여래좌상이 새겨진 암반의 형태를 고 려하여 간접전달 방식으로 실시하였다. 초음파 속도 지점 은 2009년과 최대한 유사한 영역에서 측정하도록 격자망 을 설치하여 측정하였다.

마애여래좌상의 전면에 대한 초음파 속도 측정 결과, 2009년은 262~3513 m/s, 2015년에는 327~3058 m/s의 광 범위한 범위를 보인다. 2009년과 2015년 초음파 속도 범 위는 유사하여 단위 속도별(500 m/s)로 구간을 설정하고 빈도수를 계산하여 비교하였다. 2009년과 2015년의 초음 파 속도 측정 횟수는 동일하나, 2009년의 경우 12지점에 대하여 측정이 되지 않은 지점이 2015년에는 500 m/s 이 하의 값으로 측정되었다. 2009년의 초음파 속도 자료와 비 교해보면 2015년의 측정 결과에서 특징적으로 2000 m/s 이상의 측정 지점이 감소하고, 상대적으로 1500~2000 m/s 의 측정지점이 증가하였다(Figure 10A, 10B). 2009년과 2015년 초음파 속도 측정 결과를 이용하여 측정 지점에 따 른 초음파 속도를 투영하여 2D모델링 해본 결과, 2009년 과 2015년에서 각각 마애여래좌상의 흉부 및 암반의 왼쪽 부분에서 낮은 초음파 속도를 보이며, 풍화 경향은 유사하 게 나타난다. 2015년의 측정 결과에서 마애여래좌상의 상 부, 하부, 왼쪽부분 및 머리 등에서 부분적으로 저속대의 범위가 확장되는 경향이 관찰된다(Figure 11). 이상의 결과 를 종합해 보면 2009년에는 2000 m/s이하의 값이 68.8% 인 반면 2015년에는 87.5%로 전체적으로 낮은 값을 보여 암반의 물성이 매우 취약한 것으로 해석 될 수 있다. 마애 여래좌상은 다양한 풍화 훼손 양상을 보이고 있으며, 암석 의 풍화에 영향을 미치는 풍화 요인을 내포하고 있다. 초음 파 속도를 이용한 손상도 평가에서 마애여래좌상이 새겨 진 암반은 응회각력암이므로 표면이 매우 불균질 하며, 태 생적으로 발달된 선구조 등으로 인해 측정 지점에 따라 초 음파 속도의 차이가 크기 때문에 암석풍화에 의한 초음파 속도의 감소와는 구분 되어야 된다. 그러나 암석에 대한 풍 화는 장기적으로 발생하기 때문에 계속적인 손상도 평가 및 암반의 상태를 고려한 해석이 필요할 것으로 판단되며, 2015년에 초음파 속도의 저속대가 확장되는 경향은 초음 파 속도를 이용한 마애여래좌상의 손상도 평가에 있어 의 미가 있다고 판단된다.

현재 마애여래좌상 및 암반 표면은 일정한 방향으로 층 리가 잘 발달되어 있으며, 계속적인 풍화과정으로 인해 물 리적, 화학적, 생물학적 풍화로 인해 여러 훼손 양상이 관 찰된다. 전반적으로 박리박락에 의해 훼손되어 있으며, 다 양한 크기의 역들이 제거되어 외부 형태만이 남아 공동으 로 나타나고 있다. 또한 산화에 의한 변색과 지의류, 선태 류 및 초본 식물에 의해 피복되어 있어 전체적인 마애불의 형체를 알아 볼 수 없는 실정에 이르고 있다. 이러한 마애 여래좌상의 장기적인 보존을 위해서 2009년과 2015년도 에 각각 초음파 속도를 이용하여 손상 정도를 평가하고 다 음과 같은 결론을 도출하였다.